Введение к работе
Актуальность исследования. Важной проблемой современной экологии является сохранение и воспроизводство водных ресурсов, которые испытывают значительную техногенную нагрузку в результате хозяйственной деятельности человека.
До 70 % воды промышленного назначения используется в энергетической отрасли (Лавров, 1998; Зубарева, Белоконова, 2007). Замкнутые системы водопользования на объектах энергетики включают водоемы-охладители (ВО). С их поверхности постоянно испаряется вода, поэтому в ВО постепенно повышается солесодержание, что при замкнутом водообороте вызывает отложение солей на поверхностях оборудования и негативно влияет на экономические показатели электростанции. Для обеспечения штатной работы энергообъектов необходимо или производить сброс воды с повышенной минерализацией в окружающие водные системы, или подпитывать ВО водой из близлежащих источников, или применять для очистки водоема физико-химические методы. Сброс оборотной воды в естественные водоемы может привести к изменению их химического состава. Подпитка водой из других источников осуществима только в летнее время и ограничена периодами засухи. Существующие физико-химические методы слишком материально или энергозатратны и не могут использоваться для больших объемов воды.
В последнее время для очистки водных систем применяются биологические методы, в частности фиторемедиация, в которой используется способность высших водных растений (ВВР) к накоплению, утилизации и трансформации веществ различной химической природы (Kelley et al., 2000, Грибулин и др., 2004; Вайсман и др., 2006). В процессе фиторемедиации токсичные вещества поглощаются растениями, инактивируются, после чего вместе с биомассой удаляются из водоемов.
Известно, что с помощью ВВР очищают водные объекты от тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов и т.д. (Кравец и др., 1999; Левина и др., 2006). Возможность их применения для обессоливания водоемов ранее не исследовалась. Поэтому работы в данном направлении являются новыми, актуальными и представляют практический интерес.
Цель исследования. Изучение способности отдельных видов ВВР изменять солевой состав водоемов с повышенной минерализацией на примере водоема-охладителя Балаковской АЭС.
Были определены следующие задачи:
1. Провести экологическую оценку состояния водоема-охладителя
БалАЭС.
Изучить способность ВВР роголистника (Ceratophillum demersum L.), элодеи (Elodea canadensis Rich, et Michx.) и эйхорнии (Eichornia crassipes Mart.) к деминерализации водоема.
Исследовать влияние абиотических факторов (температуры и длины светового дня) на рост и развитие макрофитов в воде ВО БалАЭС.
Определить пределы толерантности растений к солям натрия и калия.
5. Выяснить особенности процесса фитоэкстракции катионов и анионов
для каждого вида ВВР.
6. Оценить эффективность деминерализации ВО БалАЭС при
использовании ВВР с помощью компьютерного моделирования.
Научная новизна. Установлена способность ВВР к деминерализации водоемов от солей щелочных и щелочно-земельных металлов. Показано, что наибольшей экстракционной активностью обладает эйхорния. Определено влияние абиотических факторов на интенсивность процессов обессоливания. Показано, что увеличение температуры и длины светового дня повышает интенсивность процессов поглощения солей. При культивировании роголистника и элодеи обнаружен выброс солей растениями при температурах ниже 14С. Установлено, что по изменению рН-среды можно оценивать катионную и анионную направленность процесса деминерализации.
Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования показали возможность практического использования макрофитов для процессов деминерализации ВО БалАЭС. Наряду с уменьшением концентрации нетоксичных солей, культивирование ВВР приводит к снижению содержания радиоактивных нуклидов и других соединений, находящихся в воде. Это свойство может быть использовано при фиторемедиации различных антропогенно нарушенных водоемов. Разработан алгоритм для компьютерного моделирования процессов фитодеминерализации водоемов, с его помощью определено, что применение эйхорнии позволит снизить солесодержание в ВО БалАЭС на 5 % за один вегетационный период.
Основные положения, выносимые на защиту:
Ухудшение экологического состояния ВО БалАЭС связано с повышением его минерализации.
Высшие водные растения (роголистник, элодея, эйхорния,) способны регулировать солесодержание в пресных водоемах.
Наибольшая эффективность обессоливания связана с ростом и развитием эйхорнии.
На процесс фитодеминерализации влияют температура и длина светового дня.
Использование эйхорнии для фитоэкстракции солей из водоема-охладителя БалАЭС позволит уменьшить его минерализацию не менее чем на 5 % за сезон.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы представлены на конференциях: второй и третьей Всероссийских научно-практических конференциях «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005, 2007), Всероссийской научной конференции-школы молодых ученых «Актуальные проблемы социально-гуманитарных наук» (Саратов, 2007), VIII Международной конференции Российского общества экологической экономики «Экономическое развитие и окружающая среда: стратегии, модели, инструменты управления» (Сочи, 2007), IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), V и VI Всероссийских выставках научно-технического творчества
молодежи НТТМ-2005 и НТТМ-2006 (Москва, 2005, 2006), VI Европейской научной выставке Expo-Sciences Europe ESE 06 (Таррагона, Испания, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальной работы, проведены обработка и анализ результатов, сделаны расчеты, сформулированы положения, выносимые на защиту, и выводы. В совместных работах доля участия автора составила 70-80%.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов. Работа изложена на 131 странице, содержит 18 рисунков, 12 таблиц и список использованной литературы, включающий 166 источников, из которых 25 на иностранных языках.
